高速公路设计

摘要：106国道是北京经开封通往广州的国道干线公路，其北京段又称京开路，位于北京市南部。本文介绍了该高速公路的设计依据、标准、规模及采取的工程措施，具有重要的借鉴作用。

关键词：道路桥梁高速公路

106国道是北京经开封通往广州的国道干线公路，其北京段又称京开路，位于北京市南部。路线北南走向，经过北京市丰台区和大兴县，起点为北京市南三环玉泉营立交，终点为京冀界固安大桥。全长42～149公里,其中我院承担K18+000～K42+149.74段设计。

现况旧路为1985年改建，玉泉营立交～黄村为四幅路，黄村以南为单幅路，交通量已达15000辆/日以上，交通拥堵严重。现况路线线形基本满足高速公路要求，改建旧路可少占地、少拆迁，总体上比另辟新线有效、经济。将旧路改建为高速公路需在主路两侧设辅路，供地方交通和非机动车使用。

公路所经地区为平原，处在永定河冲积扇的中部，属暖湿带湿润季风气候，四季分明，春季少雨多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季干燥寒冷，夏季最高温度42℃，冬季最低温度－20℃，冰冻深度60～85厘米，地下水位较深。K18+000～K42+149 74段土质以低液限粉土为主，局部分布粉土质砂。

106国道是国家规划的干线公路，与北京市的三环、四环、公路一环、公路二环相交，是北京市规划路网的一部分，已纳入首都地区总体规划之中。106国道（北京段）高速公路的建成，对于促进北京市南部地区的经济发展，进一步提高北京市的辐射能力和对外开放水平，彻底解决沿线交通拥堵状况，都将具有重要的意义和深远的社会影响。

106国道（北京段）高速公路设计具有以下特点：

1、技术标准采用适当。

2、在满足交通功能的前提下，进行优化设计，立交及结构选型合理，既适用又经济。

3、利用钢渣做原材料有利于环保。

4、辅路外移，保留绿化带，美化环境。

一、设计依据

1、根据交通部关于《106国道线玉泉营至固安大桥公路初步设计的批复》及其附件《106国道线玉泉营至固安大桥公路初步设计审核意见》。

2、首都规划建设委员会办公室关于《106国道（北京段）改建工程初步设计审查会会议纪要》。

3、北京市首都高速公路发展有限责任公司关于《京开高速公路施工图设计阶段进一步优化的意见》、《106国道（北京段）改建工程施工图设计方案讨论会议纪要》。

二、项目简介

1、设计标准

(1)计算行车速度：高速公路120公里/小时，一级公路100公里/小时，辅路60公里/小时。

(2)路基宽度：高速公路主路宽28米，一级公路主路宽17米。两侧均设辅路，辅路路基宽8.5(7)米。路基边坡坡度1∶1.5。路拱横坡度：主路路面2%，土路肩3%。辅路路面1.5%，土路肩2.5%。

(3)路面：主辅路均为沥青路面，收费站广场为钢筋水泥混凝土路面。设计轴载：BZZ-100。

(4)桥梁车辆荷载：主路汽车-超20级，挂-120级；相交道路及辅路汽车-20级，挂-100级。地震烈度8级，洪水频率1/100。

2、工程规模

(1)道路和桥梁工程

全线路基土方数量填方148.668万方，沥青路面高速公路445100平方米，一级公路110300平方米，辅路316100平方米。跨河桥60米/1座。主线上跨立交5座，桥梁236米/5座。支线上跨立交7座，桥梁680米/7座。通道9道，主涵16道。

(2)交通工程

高速公路段沿主路两侧及中央分隔带设置单柱单面波形钢板护栏，在高速公路段主辅路之间设置冷拔丝焊网隔离栅。同时本设计段按照国标和规范设置了完善的交通标志、标线及其它设施。

本段设主路收费站1处，出入口匝道收费站6组。

重现环境保护工程，充分利用现有绿地，保持原有林带，通过绿化美化工程使道路与周围环境及自然景观相协调，并尽可能降低道路交通产生的噪音及废气污染对周围环境的影响。

3、设计概预算

设计概、预算编制原则执行交通部公路工程概、预算编制办法及概算定额。设计概算直接工程费金额为5 2亿元，预算直接工程费为4.01亿元。预算直接工程费低于概算直接工程费12000万元（不包括收费、监控、通信系统），相差较大的部分在路基、路面及排水工程上，这主要是降低路基高度、立交进一步优化及有效利用旧路的结果。

三、设计要点

1、总体设计

总体设计是综合考虑建设规模、设计标准以及环境保护等问题，并在征求地方政府、环保及水利等部门意见的前提下作出的。

(1)交通量。依据“工可报告”所做交通量预测，2000年年平均日交通量25592辆/日，根据北京市已建成的高速公路的经验，主路占70%，辅路占30%。

(2)道路功能和技术标准的总体运用。本段为平原地区，主路按高速公路标准设计，与河北交接处按一级公路设计，辅路按三级公路标准设计。主路补强地段道路排水采用横坡分散排水。根据地方交通量的大小，辅路宽度分别采用8 5米和7米。在不过多增加工程量的条件下，平纵线形尽可能采用了较高的技术标准，以提高道路的服务水平和运营效益。

(3)综合考虑拆迁、占地，又考虑居民出行方便和易于使用，在居民多、房屋密集的村镇一般选用主路上跨，在桥头引道合适位置设置通道，这样一座跨线桥与两座通道合在一起，使沿线地方交通和居民出行非常方便。在居民少的村庄，采用支路上跨，减少主路的起伏，尽量降低工程造价。本设计在广泛听取各方意见的基础上，原初步设计由七处主路上跨、五处支路上跨，优化为五处主路上跨、七处支路上跨。

(4)旧路改建重点在于有效利用旧路，处理好新旧路基之间、新旧路面结构之间的各种技术问题，做到技术合理经济可行。

(5)榆垡镇为三幅路，路线标准为一级公路，1996年修建，路况良好，其与河北省固安大桥相接的断面为二幅路，而河北省近期无建设计划。利用榆垡段现有旧路，再过渡到二幅路，最终与河北省相接，待河北省改建为高速公路时，北京段再改建为高速公路，以节省近期资金。

2、路线设计

(1)平面设计

旧路路线基本上满足高速公路要求。另外设计过程中注意体现经济、适用、美观的设计思想。

根据《京开公路初步设计》以及交通部对《初步设计》的批复，路线起点位于玉泉营立交，终点为河北省固安大桥，全长42.149公里。我院设计路段线位由北向南，起点位于大兴县大庄村，经过北藏村、西庄、西中堡村、庞各庄镇、前薛营、东黑垡、西黑垡、东黄垡、大辛庄、辛立村、榆垡镇、东胡林，终点与河北省固安大桥相接，全长24.149公里。

依照施工组织计划，主辅路分期施工，两侧辅路单独设计。另外辅路线形还受控于主路的走向，以及大庄村南电站、国家粮食储备仓库、沿线各立交、沿线两侧绿化带、榆垡镇规划等。

K18+000～K35+624段为高速公路，共设平曲线11处，平均每公里交点0.624个。平曲线累计长度8331.34米，占路线全长的47.27%。平曲线最小半径1700米。K35+624～K42+149.74段为一级公路，共设平曲线3处，平均每公里交点0.460个。平曲线累计长度1864.08米，占路线全长的28.56%。平曲线最小半径700米。

在设计过程中，通过三维透视，结合纵断面对平曲线最小半径1700米处进行上下行行车效果检验，确认虽然平面受建筑物控制而布设较小半径曲线，但路线服务等级并未因此降低。

(2)纵断面设计

路线纵断面设计主要控制点：起点与前段设计相接、大庄村南电站之高压传输线路、沿线各立交之要求最高或最低标高、辛立村天堂河桥、榆垡镇大街标高、河北省固安大桥。

辅路纵断面设计除受上述各要素控制外，另需要顾及各出入口高程、与两侧相交道路的高程及主路间的高差等。

根据《京开公路初步设计》以及交通部对《初步设计》的批复，并按以上各要点，依据《公路路线设计规范》进行设计。在设计过程中运用三维透视反复检验修改设计结果，以达到满意效果。

全线最小坡长459米，竖曲线占路线总长的41%，平均每公里变坡1.34次。

路线最大纵坡：高速公路段1.47%，一级公路段1.27%。

凸型竖曲线最小半径：高速公路段20000米，一级公路段30000米。

凹型竖曲线最小半径：高速公路段15000米，一级公路段20000米。

3、路基、路面及排水、

(1)路基横断面

本段为K18+000～K42+149 74，其中K18+000～K35+900段按高速公路标准设计，计算行车速度为120公里/小时，主路两侧分别设置辅路，辅路路线按三级公路标准设计，计算行车速度为60公里/小时。K35+900～ K42+149 74段按一级公路标准设计，计算行车速度为100公里/小时。

高速公路路基全宽28米。单向车道宽2×3.75米，中央分隔带宽3.0米，左侧路缘带宽0.75米。硬路肩宽3 25米，土路肩宽1.0米。路拱横坡度：路缘带、行车道及硬路肩2%，土路肩3%。中央分隔带采用向内1∶6的浅碟式断面，带内绿化。

辅路路基宽8.5(7)米，路面宽7(6)米，两侧土路肩宽0.75(0 5)米。路拱横坡度：路面及右侧土路肩为向右 1.5%、2.5%，左侧土路肩向左2.5%。

一级公路路基全宽37米。其中主路宽17米，辅路宽7米。主路横断面为：两上两下四条车道,每条车道宽3.75米,另有四条0.5米的路缘带。辅路路面宽6米，土路肩宽1米。隔离带宽3米。路拱横坡度：主路路面、路缘带2%，辅路路面1.5%，土路肩2.5% 。

(2)路基、路面排水

设计指标：主路路面和路肩表面排水设计降雨重限期为5年，路界内坡面排水设计降雨重限期为15年。

总体上将主路雨水通过道路纵、横坡及路肩上设置的拦水缘石汇集，通过导水槽或急流槽导入主路外侧的边沟内。辅路排水则直接通过道路横坡排入其外侧边沟内。

一级公路超高路段中央分隔带内排水：超高一侧的路面雨水通过中央分隔带开口，导入另一侧主路。一级公路辅路边沟为土边沟，主路路面雨水通过导水槽排到辅路路面上，再通过辅路路肩设置的拦水缘石汇集，通过急流槽排入土边沟。

(3)路基防护

本段路基防护有四种形式：路基边坡植草防护、六棱花饰防护、扶臂挡墙和砂浆砌片（料）石挡墙防护。四种防护形式适用条件为：路基边坡高度小于3米时，采用植草防护；大于3米时，路基先放

坡3米，然后采用浆砌片石挡墙收缩坡脚，以达到减少拆迁的目的。3米放坡地段采用六棱花饰防护加植草皮。由于庞各庄北分离式立交范围内受拆迁占地所限，路基两侧均采用扶臂挡墙防护。

(4)路面设计

①设计标准

高速公路路面设计年限为15年，辅路路面按二级公路路面设计，设计年限12年。一级公路为与河北交接地段，因河北段近期没有建设计划，路面暂按设计年限10年考虑。

②累计作用轴次

设计年限内一个车道上的累计当量轴次：主路19751057次，辅路6205160次。

设计弯沉值：主路20.8(1/100mm),辅路28.9(1/100mm)。

③路面结构组合设计

高速公路路面结构如下：

面层：表面层为4厘米沥青玛蹄脂碎石混合料，SMA-16 4.5%SBS改性。

中面层5厘米粗粒式沥青混凝土，AC-25I。

底面层7厘米粗粒式沥青混凝土，AC-30II。

基层：38厘米二灰砂砾，七天无侧限抗压强度≥0.8MPa。

底基层：40厘米天然砂砾。

总厚：94厘米。

收费站路面结构如下：

面层：25厘米钢筋混凝土。

基层：30厘米二灰钢渣，七天无侧限抗压强度≥0.8MPa。

总厚：55厘米。

辅路路面结构如下：

面层：上层3厘米细粒式沥青混凝土，AC-10I；下层5厘米中粒式沥青混凝土，AC-20I。

基层：34厘米二灰钢渣，七天无侧限抗压强度≥0.8MPa。

底基层：30厘米天然砂砾。

总厚：72厘米。

一级公路路面结构如下：

面层：表面层4厘米中粒式沥青混凝土，AC-16I。

底面层8厘米粗粒式沥青混凝土，AC-25I。

基层：38厘米二灰砂砾，七天无侧限抗压强度≥0.8MPa。

底基层：32厘米天然砂砾。

总厚：82厘米。

分离式立交及匝道路面结构如下：

面层：上层2厘米沥青石屑，下层4厘米中粒式沥青混凝土，AC-20I。

基层：32厘米二灰钢渣，七天无侧限抗压强度≥0.8MPa。

底基层：20厘米天然砂砾。

总厚：58厘米。

4、桥梁

在满足使用功能的前提下，因地制宜地选择桥梁结构形式，做到技术先进，经济合理，安全可靠，轻巧美观，施工方便。

(1)简洁明快的跨线、跨河桥-简支梁、板桥

桥梁设计本着技术先进、经济合理、美观适用的原则，尽可能做到标准化、系列化，和利于工厂化施工。结合平原区地形特点和水文地质条件，桥梁结构多采用预应力混凝土T梁、预应力混凝土空心板桥。桥梁下部结构多采用钻孔灌注桩基础。

①预制安装预应力混凝土简支T梁

该种结构具有结构简单，施工方便，工厂化预制，工期短，造价低等优点，广泛应用于分离式立交支线上跨桥中。本设计根据所跨越的106国道主、辅道路宽度的要求，跨径布置选择为4×25米。也可选择不等跨布置，两边孔可适当减小，避免梁高差异过大、线条不连续、各部尺寸比例不协调。下部结构桥墩采用直径1 4米圆型独柱墩加预应力混凝土盖梁，基础采用双排钻孔灌注桩。

②预制安装预应力混凝土空心板

板式结构与相同跨径梁式结构相比，结构高度可以降低30厘米，比较适用于支路下穿的中小跨径的桥梁工程，其可以减少路基高度，改善纵段线形，降低造价，因此在主线上跨桥中得以广泛应用。

根据支路的性质及规划等级，分别选择了标准跨径16米、20米两种跨径。下部结构桥墩为盖梁双柱墩，桥台为薄壁式桥台，基础均为钻孔灌注桩基础。

(2)轻巧优美的人行天桥

人行天桥上部结构采用钢箱连续梁，有效降低了结构高度，增大了跨越能力（主桥跨径38米+34米），外形美观，结构轻巧。下部采用独柱和钻孔灌注桩基础，与上部结构相协调。整座桥梁显得轻盈利落，造型优美。

(3)结构形式合理、施工简便的通道

本段共设置9座通道，为施工简便，通道采用了相同的结构形式，上部结构均为8米的钢筋混凝土实心板，下部均为薄壁桥台。在设计过程中发现大兴县境内地质条件较差，若采用扩大基础，还需对地基进行处理，鉴于以往的经验这样做既不十分经济也不方便施工。经比较，最后采用了钻孔灌注桩基础。实践证明，此举大大方便了施工，缩短了工期。

5、路线交叉

立交选型严格遵照立交性质决定立交形式的原则。具体是依据相交道路的等级及交通量确定立交的等级和性质，同时也要结合具体的地形、地物选择立交的形式和确定各种技术指标，使立交既少拆迁、少占地、降低工程量，又能较大的发挥其功能。 设计路段有大庄路、魏永路、西庄路、庞南路、安定路、黑垡路、大礼路7条相交的规划二级公路，同时由于106国道穿越天宫院、中堡、庞各庄、东黄垡等村镇，为满足地方交通出行方便，在不降低主线标准以及少拆迁、少占地的前提下，决定取舍主线上跨或支线上跨，并使主线两侧辅路相通。如魏永路立交，主路两侧房屋较多，拆迁比较困难，因此采用主线上跨魏永路，桥下净空为4.5米；黑垡路立交，相交处皆为旱地，不受拆迁的限制，因此立交采用较为经济的支线上跨，桥下净空为5米。此外，分离式立交与辅路相通的匝道按40公里/小时的技术指标控制，匝道最小平曲线半径为30米，匝道与两侧辅路的平交道口均作渠化设计，匝道最大纵坡一般均按2 5%控制，个别立交由于受拆迁占地的影响最大纵坡达3.2%。

本次设计共设支线上跨分离式立交7处，主线上跨支线分离式立交5处，人行通道9处。